See on Linnutee Concordia laagrist, Pakistani Karakorami mäestikust. Kuigi paljud siin nähtud tähed võivad olla juba surnud, säravad nende tähejäägid endiselt. Pildikrediit: Anne Dirkse / http://www.annedirkse.com.

Millal esimene täht pimedaks läheb?

Seda pole kogu universumis veel juhtunud, isegi mitte üks kord.

"Lõpp? Ei, teekond ei lõpe siin. Surm on lihtsalt teine ​​tee, üks, millelt me ​​kõik peame minema. Selle maailma hall vihmakardin veereb tagasi ja kõik pöördub hõbedase klaasi poole ja siis näete seda. ” -JRR Tolkien

Pärast seda, kui esimene täht maailmas süttis umbes 13,7 miljardit aastat tagasi, on universum valguse üle ujutatud. Kui piisavalt ainet - enamasti vesinikku ja heeliumgaasi - gravitatsioon koos moodustab ühe kompaktse objekti, toimub tuumasüntees tuuma sees, mis annab tõelise tähe. Kuid mida aeg edasi ja termotuumasüntees jätkub, otsa see täht lõpuks kütusest. Mõnikord on täht piisavalt massiline, et toimuvad täiendavad termotuumareaktsioonid, kuid mingil hetkel peab see kõik seisma jääma. Kui need tähed lõpuks surevad, säravad aga nende jäänused. Tegelikult pole Universum olnud piisavalt kaua aega, et isegi üksik jäänuk ei saaks enam särada. Siin on lugu sellest, kui kaua peame ootama, millal esimene täht pimedaks läheb.

Kõik algab gaasipilvest. Kui molekulaarse gaasi pilv variseb oma raskuse all, on alati mõni piirkond, mis algab pisut tihedamalt kui teised. Iga asukoht, milles on ainet, annab endast parima, et meelitada selle poole üha enam ja enam ainet, kuid need üleküllastunud piirkonnad meelitavad ainet tõhusamalt kui kõik teised. Kuna gravitatsiooniline kokkuvarisemine on põgenenud protsess, mida rohkem ainet oma lähedusse meelitate, seda kiiremini täiendav aine kiireneb teiega liitumiseks.

Tumedad, tolmused molekulaarpilved, nagu see meie Linnutee piires, varisevad aja jooksul kokku ja tekitavad uusi tähti, kõige tihedamatest piirkondadest moodustavad kõige massiivsemad tähed. Kujutise krediit: ESO.

Ehkki molekulaarpilve suurelt hajuselt olekult suhteliselt varisenud olekusse liikumiseks võib kuluda miljoneid kuni kümneid miljoneid aastaid, läheb protsess tiheda gaasi kokkuvarisenud olekust uude tähtede klastrisse - sinna, kus on kõige tihedam piirkonnad süütavad termotuumasünteesi oma südamikus - võtab vaid paarsada tuhat aastat.

Tähte on tohutult paljudes värvides, heleduses ja massis, mis kõik on tähe sündimise hetkest ette määratud. Uue tähtede klastri loomisel on kõige kergem märgata kõige eredamaid, mis juhtuvad ka kõige massiivsemad. Need on eksisteerivad eredamad, sinisemad ja kuumimad tähed, meie Päikese massiga kuni sadu kordi ja miljonite kordse heledusega. Kuid hoolimata asjaolust, et need on kõige suurejoonelisemad tähed, on need ka kõige haruldasemad tähed, moodustades palju vähem kui 1% kõigist tuntud tähtedest ja ka lühima elueaga tähtedest, kuna need põlevad läbi kõigi tuumakütuse (kõigis erinevates etappides) tuumades vaid 1–2 miljoni aasta pärast.

Ühendavate täheparvede Hubble'i kosmoseteleskoop Tarantula udukogu südames, mis on suurim rühmas tuntud tähekujuline piirkond. Kuumimad, sinisemad tähed on meie Päikese massist üle 200 korra suuremad. Pildikrediit: NASA, ESA ja E. Sabbi (ESA / STScI); Tunnustus: R. O'Connell (Virginia ülikool) ja Wide Field Camera 3 teaduse ülevaatuse komitee.

Kui neil säravamatel tähtedel kütus otsa saab, surevad nad II tüüpi supernoova suurejoonelises plahvatuses. Sellisel juhul implanteerub sisemine südamik, varisedes lõpuni alla neutronitähe (väikese massiga südamike jaoks) või isegi musta auku (suure massiga südamike jaoks), väljutades välimised kihid tagasi tähtedevahelisse keskkonda keskmise. Seal annavad need rikastatud gaasid panuse tulevastesse tähepõlvkondadesse, pakkudes neile raskeid elemente, mis on vajalikud kiviste planeetide, orgaaniliste molekulide ja harvadel juhtudel ka imelise elu loomiseks.

Kui massiivseimad tähed surevad, puhutakse nende tuumasünteesi ja neutronide hõivamise tagajärjel raskete elementidega rikastatud välimised kihid tähtedevahelisse keskkonda, kus nad saavad tulevastele tähtede põlvkondadele abiks olla, pakkudes neile kivimite toormaterjale. planeedid ja potentsiaalselt elu. Pildikrediit: NASA, ESA, J. Hester, A. Loll (ASU).

Te ei pea kaua ootama, kuni must auk pimedaks läheb. Tegelikult lähevad mustad augud definitsiooni järgi kohe mustaks. Kui tuum variseb piisavalt, et moodustada sündmushorisont, variseb kõik selle sees sekundi murdosa jooksul singulaarsuseni. Tuumas sisalduv mis tahes kujul olev soojus, valgus, temperatuur või energia muundatakse ainsuse massiks. Sellest ei eraldu enam kunagi valgust, välja arvatud Hawkingi kiirguse kujul, kui must auk laguneb, ja musta auku ümbritsevas akretsiooniketas, mida pidevalt ümbritsevast ainest toidetakse ja toidetakse.

Kuid neutronitähtedega on hoopis teine ​​lugu.

Moodustades supernoovaks läinud massiivse tähe jäänusest, on neutronitäht varisenud tuum, mis jääb taha. Kujutise krediit: NASA.

Näete, neutronitäht võtab tähe tuumas kogu energia ja variseb uskumatult kiiresti kokku. Midagi ette võttes ja kiiresti kokku surudes põhjustab temperatuur selle tõusu: niimoodi töötab kolb diiselmootoris. Kiire kokkusurumise parim näide on võib-olla kokkulangemine tähetuumast kuni neutronitähiseni. Sekundite kuni minutite jooksul on raua, nikli, koobalti, räni ja väävli südamik läbimõõduga sadu tuhandeid miili (kilomeetrit) kokku varisenud kuuli, mis on umbes 10 miili (16 km) suurus või väiksem. Selle tihedus on suurenenud umbes kvadriljoni teguri (10 º) võrra ja selle temperatuur on tohutult kasvanud: umbes 10 º K südamikku ja kogu pinna ulatuses umbes 10 º K. Ja siin peitubki probleem.

Neutronitäht on väga väike ja üldise heledusega väike, kuid see on väga kuum ja jahtuda võtab kaua aega. Kui teie silmad oleksid piisavalt head, näeksite, et see säraks miljoneid kordi praeguse universumi vanuse korral. Kujutise krediit: ESO / L. Calçada.

Teil on kogu see energia salvestatud kokkuvarisenud tähe sees niimoodi ja selle pind on nii tohutult kuum, et see mitte ainult helendab sinakasvalgeks spektri nähtavates osades, vaid ka suurem osa energiast pole nähtav ega isegi ultraviolett: see on Röntgenienergia! Selles objektis on salvestatud meeletult palju energiat, kuid ainus viis, kuidas see Universumisse välja lasta, on selle pinna kaudu ja selle pindala on väga väike. Suur küsimus on muidugi see, kui kaua võtab neutronitäht jahtuda?

Vastus sõltub füüsikast, mida neutronitähtede jaoks praktiliselt ei mõisteta: neutrino jahutamine! Kui footonid (kiirgus) on normaalse baryoonilise aine poolt kindlalt lõksus, näevad neutriinod genereerituna takistusteta läbi terve neutronitähe. Kiirel teel võivad neutronitähed spektri nähtavast osast jahtuda juba pärast 10¹⁶ aastat või “vaid” universumi vanuse miljon korda. Kuid kui asjad on aeglasemad, võib see võtta aega 10²⁰ kuni 10²² aastat, mis tähendab, et ootate mõnda aega.

Kui väiksema massiga Päikesesarnastel tähtedel on kütus otsa saanud, puhuvad nad planeedi udus oma väliskihtidest välja, kuid keskpunkt tõmbub alla valgeks kääbuseks, mille pimedusse jõudmiseks kulub väga kaua aega. Kujutise krediit: NASA / ESA ja Hubble Heritage Team (AURA / STScI).

Kuid teised tähed lähevad tumedamaks palju kiiremini. Näete, et suurem osa tähtedest - ülejäänud 99% - ei lähe supernoovasse, vaid pigem elu lõpul (aeglaselt) valgeks kääbustäheks. "Aeglane" ajakava on supernoovaga võrreldes ainult aeglane: see võtab pigem kümneid-sadu tuhandeid aastaid, mitte lihtsalt sekundeid-minuteid, kuid see on siiski piisavalt kiire, et peaaegu kogu tähe tuumast eralduv kuumus kinni püüda. Suur erinevus on selles, et selle vaid umbes 10 miili läbimõõduga kera sisemusse püüdmise asemel on soojus lõksus Maa "suuruses" või "tuhat korda suuremas kui neutrontähis" olevas objektis. See tähendab, et kuigi nende valgete kääbuste temperatuurid võivad olla väga kõrged - üle 20 000 K ehk rohkem kui kolm korda kuumemad kui meie Päikesel - jahtuvad nad jahedamalt kui neutronitähed.

Valge kääbuse (L), meie Päikese valgust peegeldava Maa (keskel) ja musta kääbuse (R) täpne suuruse ja värvi võrdlus. Kujutise krediit: BBC / GCSE (L) / SunflowerCosmos (R).

Neutrino põgenemine on valgete kääbuste puhul tühine, see tähendab, et ainus mõju on pinna kaudu toimuvast kiirgusest. Kui arvutame välja, kui kiiresti kuumus kiirgades pääseb, viib valge kääbiku (nagu selline, mida Päike hakkab tootma) jahutuse ajavahemik umbes 10–10 kuni 10 aastat. Ja selleks on vaja minna vaid mõne kraadini üle absoluutse nulli! See tähendab, et umbes 10 triljoni aasta jooksul ehk umbes 1000 korda üle praeguse universumi vanuse on valge kääbuse pinna temperatuur langenud, nii et see on nähtava valguse režiimist väljas. Kui see palju aega on möödas, valdab Universum täiesti uut tüüpi objekti: must kääbustäht.

Universum ei ole veel piisavalt vana, et tähejääk oleks piisavalt jahtunud, et muutuda inimsilmale nähtamatuks, veelgi vähem jahtuda lõpuni vaid mõne kraadini üle absoluutse nulli. Kujutise krediit: NASA / JPL-Caltech.

Mul on kahju teid pettuda, kuid täna pole ühtegi musta kääbust. Universum on selleks lihtsalt liiga noor. Tegelikult on kõige lahedamad valged kääbused meie hinnangul kaotanud vähem kui 0,2% kogu oma soojusest, kuna esimesed olid loodud selles universumis. Valgel kääbusel, mis on loodud temperatuuril 20 000 K, tähendab see, et selle temperatuur on endiselt vähemalt 19 960 K, öeldes, et kui me ootame tõelist tumedat tähte, on meil vaja minna veel kohutavalt pikk tee.

Praegu näeme oma Universumit tähthaaval, mis koondub galaktikateks, mida eraldavad tohutud vahemaad. Kuid selleks ajaks, kui esimene must kääbus saab, on meie kohalik rühm sulandunud ühte galaktikasse (Milkdromeda), enamus tähte, kes kunagi elavad, on juba ammu läbi põlenud, ellujäänud on eranditult väikseima massiga , kõigi kõige punasemad ja tuhmid tähed. Ja peale selle? Ainult pimedus, kuna tume energia on juba ammu kõik muud galaktikad eemale tõrjunud, muutes need füüsiliste vahenditega kättesaamatuks ja mõõtmatuks.

Esimeste tähejääkide täielikuks jahtumiseks kulub sadu triljoneid aastaid, tuhmudes valgest kääbast punase, infrapuna ja lõpuni tõelise musta kääbuni. Selleks ajaks ei moodusta Universum vaevalt üldse ühtegi uut tähte ja kosmos on enamasti must. Kujutise krediit: kasutaja Toma / Space Engine; E. Siegel.

Ja ikkagi, kõige selle keskel, tuleb uut tüüpi objekt esimest korda. Isegi kui me seda kunagi ei näe ega koge, teame loodusest piisavalt, et mitte ainult teada, et need eksisteerivad, vaid ka kuidas ja millal need tekivad. Ja see juba iseenesest on teaduse üks hämmastavamaid osi!

Starts With A Bang on nüüd Forbesil ja tänu meie Patreoni toetajatele uuesti keskkonnas avaldatud. Ethan on kirjutanud kaks raamatut "Beyond The Galaxy" ja "Treknology: The Star Treki teadus Tricordersist kuni Warp Drive'i"!